石化工程混凝土池体结构防渗技术
导言
石化工程有大量的混凝土池用于存储化工物料和收集污油污水，国家有关部门对石化工程的混凝土池渗漏问题出台了一系列的标准规范，要求混凝土池中的化工物料、油品、污油、污水不能有渗漏而造成对土壤和地下水系的污染。由于混凝土材料本身的固有特性以及池体结构本身特有的板壁体系和变形约束，提高其所用混凝土的防渗、抗裂性能是问题所在。因此，如何采取有效的技术和措施提高其防渗、抗裂性能，确保石化工程混凝土池的工程质量，混凝土池的防渗设计是关键。下面以某石化工程建设为例，探讨石化工程混凝土池防渗抗裂技术。
工程概况
某炼化一体化项目新建常减压蒸馏、重油加氢、柴油加氢、催化裂化等十几套装置，总投资近100亿元。该工程是石化系统内第一个全面配套建设化工物料、油品、污油、污水防渗漏工程(以下简称石化防渗工程)的大型石化项目。石化防渗工程措施的第一道防线是对各生产装置中的各类混凝土池本身进行防渗设计，防止污染物的渗漏；第二道防线是对各混凝土池采取池基础土工膜防渗技术，构建地下防渗体系，该体系如同先在地下构建一个大盘子，把混凝土池建在盘子里，将万一泄漏的污染物全部锁定在盘中收集，两道防线确保污染物与土壤和地下水系彻底隔离。
混凝土结构渗漏原因
造成混凝土结构渗漏的原因很复杂，主要原因是裂缝。裂缝的产生主要是因温度、膨胀、收缩和不均匀沉降等因素造成混凝土结构变形，这些变形受到约束引起的应力超过混凝土的抗拉强度，即当混凝土的最终变形值（胀缩变形之和）
大于混凝土的极限拉伸值时，混凝土就会产生裂缝。
混凝土池防渗措施
石化防渗工程混凝土池种类繁多、结构复杂，有化工物料池、油品泄漏池、污油池、污水池、事故池、污水处理池、消防池、循环水池等70多座，最大的为74m×36m×8m。这些混凝土池均为池基础土工膜防渗和池体结构防渗设计。 1. 池基础土工膜防渗措施
混凝土池基础防渗采用土工膜(HDPE)防渗技术，HDPE防渗膜为高性能的防水防漏产品，耐化学剂、耐酸碱、盐、重油，分子稳定性好，是石油化工和矿产行业有害、有毒物堆放、储存池防渗防漏的优良产品。土工膜防渗技术是国家环保总局大力推广的新型防渗处理工艺。为满足混凝土池基础防渗要求，基础均设计土工膜防渗层。防渗层主要分为三层：底层土工布、HDPE防渗膜和上层土工织物三层铺设。防渗工程材料由防渗膜、无纺土工布、防渗涂料、防渗剂、防渗混凝土、防水砂浆等组成，并对这些材料的施工工艺进行具体要求。
例如：防渗膜之间的现场焊接工艺是池基础防渗施工的关键。HDPE防渗膜的铺设不论是边坡还是池底，要求平整顺直，避免出现褶皱、波纹，以使两幅土工膜对正、搭齐。搭接宽度设计为100?mm。 2. 与池连接管道防渗措施
混凝土池壁有工艺管道穿越，管道与混凝土之间的衔接缝也是造成污染物渗漏的原因之一。图1为某混凝土池部分池体结构。该混凝土池有穿越池壁的工艺管道，不同材质的工艺管道与混凝土池体衔接缝均采取防渗措施。
图1 某混凝土池部分池体结构
各工艺管道与混凝土池交接处根据管道不同的材质，采用不同材质的防渗管件进行防渗漏设计，防渗管件上的防渗圈镶嵌的混凝土池壁中，防止管道与混凝土池壁间的裂缝产生渗漏。为防止腐蚀性溶液对混凝土池的腐蚀及渗漏，采用池内加PVC板做内衬，将腐蚀性溶液与混凝土隔离。 3. 池体结构防渗措施
混凝土池体结构防渗措施除了对施工缝、后浇带、变形缝的设计做出具体要求外，注重从提高混凝土的抗裂防渗性能考虑，通过优选原材料、合理添加膨胀纤维抗裂剂和其他掺合料、优化设计混凝土级配等措施来实现。
（1）原材料
石化防渗工程池体结构混凝土原材料如下。1）水泥：P·O42.5普通硅酸盐
水泥。2） 粉煤灰：Ⅰ级粉煤灰，通过粉煤灰的润滑作用，改变预拌混凝土的流变性质，提高混凝土的和易性。3） 石子：5～20mm连续级配碎石，压碎指标7.8%，表观密度2.63×103?kg/m3，针片状颗粒含量9.46%，含泥量0.12%。4）中砂：普通中砂，细度模数2.4，含泥量2.0%，泥块含量0.5%。5）膨胀剂：DS-U膨胀纤维抗裂防水剂。在混凝土中导入一定量的膨胀剂以补偿混凝土的收缩，控制混凝土裂缝和提高混凝土的和易性。6）减水剂 ：HP400聚羧酸系高效减水剂，减少混凝土用水量、降低混凝土的坍落度损失、提高混凝土的流动性。
（2） 混凝土配合比
石化防渗工程混凝土池体结构设计注重考虑减少混凝土的收缩，即减小混凝土的各项限制收缩之和Sc值。通过优化配合比设计，在混凝土中掺入一定量的膨胀纤维抗裂防水剂增大混凝土的极限拉伸值Sk，提高混凝土的抗裂能力；粉煤灰替代一部分水泥，以减缓混凝土水化反应，提高混凝土的和易性和密实性，改善混凝土内部微孔的结构，防止收缩裂缝的出现，提高其防渗性能。 4. 池体混凝土防渗效果
（1） 减小混凝土的拉应力
池体混凝土在凝固过程中，初期由于水和水泥反应形成结晶化合物，其体积比原材料的体积要小，会引起混凝土体积的收缩；后期由于混凝土内自由水分的蒸发会引起干缩、温度变化而开裂。掺入膨胀剂的混凝土会生成大量膨胀性结晶化合物，产生适度的膨胀，并在钢筋的约束下，可产生预压应力，以抵消由于干缩、温度变化等引起的拉应力，使其小于混凝土的极限拉伸值Sk，有效防止混凝土开裂。
（2） 提高混凝土的断裂韧性
由于膨胀纤维中的单丝纤维以单位体积内较大的数量均匀分布于池体混凝土内部，微裂缝在发展的过程中遇到纤维的阻挡，消耗了大部分能量，CaO、MgO、AL2O3、SO3四种膨胀组分水化的速度不同，它们在混凝土形成的过程中，建立起早期、中期、后期不同的微膨胀力，抵卸混凝土在形成过程中不同时期的收缩力，使裂缝难以进一步发展，从而阻断裂缝达到抗裂作用。纤维的加入如同在混凝土中掺入巨大数量的微细筋，这些微细筋抑制了混凝土开裂的进程，提高了混凝土的断裂韧性。
（3）增强抗冲击及抗震能力
池体混凝土硬化后，握裹水泥的纤维丝成为网状分布结构，纤维的独特表面处理工艺使得纤维可以和水泥基料紧密粘合在一起，增强了纤维丝的固着力和混凝土的韧性，提高了极限拉伸值Sk和混凝土的整体强度，增强混凝土的抗冲击及抗震能力。
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